JPH05303060A

JPH05303060A - 光学部品自動組立装置

Info

Publication number: JPH05303060A
Application number: JP13162492A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ito; 嘉則伊藤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】発光素子とレンズ素子とを有する光学部品を
自動的に組み立てる光学部品自動組立装置において、レ
ンズ素子の角度を検出する機構、及び、角度を調整する
機構を備えて、発光素子とレンズ素子とを正確に、か
つ、迅速にアライメントできる装置を提供する。【構成】光源２３からレンズ素子５に検出用光２２ａ
が照射され、その反射光２２ｂが受光素子アレイ２４に
よって受光される。その受光出力が検出信号処理部２５
によって処理され、それに応じて駆動制御部１２から駆
動指令が出力されて微動角度ステージ２１が駆動される
ことにより、レンズ素子５の角度が調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子とレンズ素子
とを有する光学部品を自動的に組み立てる光学部品自動
組立装置に係り、特に、レンズ素子の発光素子に対する
位置及び角度を適正に調整する光軸アライメント技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザや発光ダイオード等
の発光素子と、マイクロフレネルレンズ等の平板型光学
素子とを、相互の位置関係を調整して光学部品を組み立
てる光学部品自動組立装置には、例えば図４に示すもの
がある。同図において、装置１には、発光素子２と、そ
れを固着したステム３とを微動させる発光素子側の３軸
微動テーブル４と、レンズ素子５を微動させるレンズ側
の３軸微動テーブル６が設けられている。ステム３に
は、発光素子２に電力を供給するための電源７が接続さ
れている。また、ステム３とレンズ素子５とを接合させ
るために、その接合部に紫外線を照射する紫外線照射装
置８が設けられている。そして、前記の微動テーブル
４，６及び紫外線照射装置８は、駆動回路９によって駆
動される。

【０００３】一方、光学部品の基準光軸上には、発光素
子２及びレンズ素子５と対向する位置にカメラ１０が配
設され、そのカメラ１０によって、発光素子２からレン
ズ素子５を介して得られる光１１のパターンが検出され
る。さらに、検出した結果を処理したり、駆動指令を出
力するための駆動制御部１２が設けられ、その駆動制御
部１２は画像処理部１３と駆動指令部１４とを有してい
る。そして、この画像処理部１３はカメラ１０と、駆動
指令部１４は駆動回路９と、それぞれ接続されている。

【０００４】以上の構成による装置１の動作について説
明する。まず、駆動指令部１４により駆動回路９から駆
動信号を出力させて微動テーブル４，６を駆動させる。
それと同時に、電源７から発光素子２に電力を供給し、
発光素子２から光１１を出射させつつレンズ素子５を所
定の位置に仮設する。そのレンズ素子５を透過した光１
１のパターンがカメラ１０によって検出され、その検出
結果が駆動制御部１２内の画像処理部１３に出力され
る。画像処理部１３では、光パターンの大きさや位置の
検出値が計算され、この検出値が駆動指令部１４へ送ら
れる。駆動指令部１４では、検出値と予め設定された基
準値とが比較され、検出値が適正でなければ、駆動回路
９から引き続いて駆動信号を出力させて微動テーブル
４，６による調整を継続し、上記の光パターンの検出動
作が繰り返される。

【０００５】そして、検出値が基準値と一致し、光軸の
アライメントが完了した時は、駆動指令部１４から駆動
回路９へ停止指令が出され、それに応じて駆動回路９か
らの駆動信号の出力が停止され、微動テーブル４，６が
停止する。続いて、ステム３とレンズ素子５を接合する
ために、駆動回路９から紫外線照射装置８へ駆動指令が
出力され、その照射装置８からの紫外線を照射されるこ
とにより、ステム３に予め塗布されていた液状接着剤が
硬化されてステム３とレンズ素子５が接合され、光学部
品が組み立てられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学部
品に用いられるマイクロフレネルレンズの大口径化等に
伴い、平板型光学素子の角度許容差が厳しくなり、例え
ば、レンズ径を２．５ｍｍから３．５ｍｍへ変更した場
合に角度許容差は１／２に減少する。これに対処するた
めには、組立装置や組立部品の機械公差を厳密にする必
要があるが、技術的に難しく、組立コストも上昇する。
さらに、上記従来例の装置にあっては、平板型レンズ素
子の角度を調整するための機構が無いので、組み立てら
れた光学部品の光パターンが、図２（ｂ）に示すような
サイドピークをもつ不完全なものになることがあった。
また、上記従来例の他に、画像処理技術を用いて光パタ
ーンを検出し、その検出に基づいてレンズ素子の角度を
調整するものがあるが、検出の定量化が困難であり、か
つ、画像処理に多大な時間を要するといった問題があっ
た。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、レンズ素子の角度を検出する
機構、及び、角度を調整する機構を備えたことにより、
発光素子とレンズ素子とを正確に、かつ、迅速にアライ
メントできる光学部品自動組立装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項１記載の発明は、レンズ素子を所望の角度に
調整して、光学部品を組み立てる光学部品自動組立装置
であって、該レンズ素子に検出用光を照射する投光部、
その検出用光の該レンズ素子による反射光を受光する受
光部、及びその受光部から出力される受光信号を処理す
る検出信号処理部によって構成される角度検出手段と、
該レンズ素子の角度を調整する微動角度ステージ、及び
その微動角度ステージの駆動を制御する駆動制御部によ
って構成される角度調整手段とを備えたものである。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、レンズ素子
を発光素子に対して所望位置及び所望角度を調整して、
光学部品を組み立てる光学部品自動組立装置であって、
前記発光素子から出射されて前記レンズ素子を透過した
光ビームを受光して光パターンを検出するパターン検出
手段と、前記レンズ素子に検出用光を照射する投光部、
その検出用光の前記レンズ素子による反射光を受光する
受光部、及びその受光部から出力される受光信号を処理
する検出信号処理部によって構成される角度検出手段
と、前記発光素子の位置を調整する発光素子側微動テー
ブル、前記レンズ素子の位置を調整するレンズ側微動テ
ーブル、レンズ素子の角度を調整する微動角度ステー
ジ、及びこれらの駆動を制御する駆動制御部によって構
成される光学部品配置調整手段とを備えたものである。

【００１０】そして、請求項３記載の発明は、請求項１
又は２記載の装置において、角度検出手段の受光部が位
置検出受光素子を有するものである。

【００１１】さらに、請求項４記載の発明は、請求項１
又は２記載の装置において、角度検出手段の受光部が多
分割受光素子を有するものである。

【００１２】

【作用】請求項１記載の構成により、投光部からレンズ
素子に検出用光が照射され、その検出用光の該レンズ素
子による反射光が受光部によって受光される。その受光
部から出力される受光信号が検出信号処理部によって処
理されて検出結果が出力され、その出力に応じて駆動制
御部から駆動指令が出され、その指令によって微動角度
ステージが駆動されることにより、該レンズ素子の角度
が調整されて光学部品が組み立てられる。

【００１３】請求項２記載の構成により、パターン検出
手段によって発光素子から出射されてレンズ素子を透過
した光ビームが受光されて光パターンが検出される。そ
して、投光部から該レンズ素子に検出用光が照射され、
その検出用光の該レンズ素子による反射光が受光部によ
って受光される。その受光部から出力される受光信号が
検出信号処理部によって処理されて角度が検出される。
その検出に基づいて駆動制御部から駆動指令が出され、
その指令によって発光素子側微動テーブル、レンズ側微
動テーブル、及び微動角度ステージが駆動され、発光素
子の位置、該レンズ素子の位置、該レンズ素子の角度が
調整されて光学部品が組み立てられる。

【００１４】請求項３記載の構成では、角度検出手段の
受光部が位置検出受光素子であるので、光源からの反射
光の光重心を検知することにより、レンズ素子の角度が
検出できる。

【００１５】請求項４記載の構成では、角度検出手段の
受光部が多分割受光素子であるので、光源からの反射光
の光分布を検知することにより、レンズ素子の角度が検
出できる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
各実施例は、フレネルレンズ等の平板型光学素子に光ビ
ームが照射された時に、平板型光学素子の平面上のどの
箇所に照射された場合であっても、その光学素子の傾き
の角度量に対応する反射光が反射されることに着目し
た。

【００１７】図１は、本実施例による光学部品自動組立
装置の構成図である。装置１には、発光素子２及びそれ
を固着したステム３を３軸方向に微動させる発光素子側
の微動テーブル４、フレネルレンズ等の平板型光学素子
からなるレンズ素子５を３軸方向に微動させるレンズ側
の微動テーブル６、及び、そのレンズ素子５の角度を調
整する微動角度ステージ２１が設けられている。ステム
３には、発光素子２に電力を供給するための電源７が接
続され、また、ステム３とレンズ素子５とを接合させる
ために、その接合部に紫外線を照射する紫外線照射装置
８が設けられている。そして、前記微動テーブル４，
６、微動角度ステージ２１、及び紫外線照射装置８は、
駆動回路９によって駆動される。

【００１８】一方、光学部品の基準光軸上には、発光素
子２及びレンズ素子５と対向する位置にカメラ１０が配
設され、そのカメラ１０によって、発光素子２からレン
ズ素子５を介して得られる光１１のパターンが検出され
る。さらに、検出した結果を処理したり、駆動指令を出
力するための駆動制御部１２が設けられ、その駆動制御
部１２は画像処理部１３と駆動指令部１４とを有してい
る。そして、この画像処理部１３はカメラ１０と、駆動
指令部１４は駆動回路９と、それぞれ接続されている。

【００１９】さらに、レンズ素子５の角度を検出する手
段として、検出用光２２ａをレンズ素子５に照射する光
源２３、その検出用光２２ａのレンズ素子５による反射
光２２ｂを受光する受光素子アレイ２４、及び、その受
光信号を処理する検出信号処理部２５から構成された角
度検出部２６が設けられ、駆動制御部１２に接続されて
いる。なお、本実施例では、受光素子アレイ２４に２次
元位置検出素子（請求項３記載）を用いた。

【００２０】以上の構成によるレンズ素子５の角度検出
動作及び角度調整動作について説明する。光源２３から
レンズ素子５へ光ビーム２２ａが照射されると、そのレ
ンズ素子５による反射光２２ｂが受光素子アレイ２４上
に到達して、その到達位置が検出される。この到達位置
は、レンズ素子５の傾きの角度量に対応するので、到達
位置に基づいて幾何学的に計算することにより角度量を
求めることが可能である。すなわち、レンズ素子５の傾
き角度量が０である時の受光素子アレイ２４上の反射光
２２ｂの到達位置を原点２７として予め設定しておき、
角度検出時の反射光２２ｃが、受光素子アレイ２４上の
例えば検出点２８に到達した場合に、原点２７からの検
出点２８のズレ量が検出信号処理部２５から出力され
る。出力されたズレ量は、駆動制御部１２に送られ、駆
動制御部１２内の駆動指令部１４においてズレ量に基づ
いて角度調整量が計算され、その調整量に応じて駆動回
路９に微動角度ステージ２１の駆動指令が出力される。
その微動角度ステージ２１の駆動により、レンズ素子５
の傾きが補正されて光軸がアライメントされる。

【００２１】上記した角度検出及び調整の一連の動作が
フィードバックループもしくはオープンループとして組
まれることにより、レンズ素子５の角度調整が可能とな
る。また、本実施例では、角度ズレ量が角度検出により
定量的に求められ、しかも、ズレの方向性、すなわちレ
ンズ素子５の前傾もしくは後傾を併せて検出できるの
で、それに応じて微動角度ステージ２１の駆動量及び駆
動方向を得ることができ、適確な駆動指令を出力できる
ので、迅速な角度調整が行える。これにより、本装置１
によって組み立てられた光学部品は、図２（ａ）に示す
ようなサイドピークの無い正常な光プロファイルを形成
するので、完成度の高い適正な光学部品を提供すること
が可能となる。

【００２２】なお、レンズ素子５の角度調整以外の調整
動作については、従来と同様に、発光素子２から出射さ
れてレンズ素子５を透過した光１１をカメラ１０によっ
て検出し、その検出結果に基づいて調整量が計算され、
駆動制御部１２から駆動回路９を介して発光素子側微動
テーブル４及びレンズ素子側微動テーブル６が駆動され
ることにより、発光素子２とレンズ素子５の３軸（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）方向並びにＺ軸回りの角度等のズレが補正され
る。そして、この３軸方向の調整動作の前に前記レンズ
素子角度調整動作を実施すれば、３軸方向の調整時に、
容易に最適な光プロファイルが得られるという利点があ
り、本装置１の高速性をさらに向上させることができ
る。

【００２３】次に、受光素子アレイ２４に４分割フォト
ダイオードを用いた場合（請求項４記載）を説明する。
光源２３から照射された光ビーム２２ａのレンズ素子５
による反射光２２ｃは、受光素子アレイ２４によって図
３に示すような光ビームとして検出され、その検出位置
は、前記実施例と同様にレンズ素子５の傾き角度量に対
応する。すなわち、同図（ａ）は、角度量が０である場
合の出力を示し、同図（ｂ）は、レンズ素子５が傾いて
いる場合の出力を示す。このように、角度量が０である
時は、４分割フォトダイオードの各ピースにおける受光
量は等しくなり、そうでない場合は、ピース相互の受光
量が異なるので、各ピースの受光量が等しくなる位置を
レンズ素子５の角度原点として予め設定しておき、検出
時の受光量のアンバランスに基づいて角度量を求め、そ
れに応じて微動角度ステージ２１を駆動することによ
り、レンズ素子５の角度を調整することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の光学部品組立装置
によれば、レンズ素子の角度のズレが簡素な構成によ
り、定量的にかつ迅速に検出でき、さらに、その検出結
果に基づいてレンズ素子の角度調整が微動ステージによ
って行なえるので、角度許容差が厳しい光学部品であっ
ても速やかに自動組立することができる。そして、受光
部を位置検出受光素子によって構成することにより、反
射光の重心位置のズレ量に基づいてレンズ素子の角度を
求めることができる。また、受光部を多分割受光素子に
よって構成することにより、反射光の光分布に基づいて
レンズ素子の傾き角度が求められる。さらに、発光素子
及びレンズ素子の軸方向の調整動作の前に角度調整を行
なうことにより、軸方向の調整が容易となり、アライメ
ントの時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光学部品自動組立装置の
構成図である。

【図２】光学部品の光プロファイルを示す分布図であ
る。

【図３】４分割フォトダイオードによって検出される光
ビームの分布図である。

【図４】従来の光学部品自動組立装置の構成図である。

【符号の説明】

１光学部品自動組立装置２発光素子４発光素子側微動テーブル５レンズ素子（平板型光学素子）６レンズ側微動テーブル１２駆動制御部２１微動角度ステージ２２ａ光ビーム２２ｂ反射光２３光源（投光部）２４受光素子アレイ（受光部）２５検出信号処理部２６角度検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズ素子を所望の角度に調整して、光
学部品を組み立てる光学部品自動組立装置であって、該レンズ素子に検出用光を照射する投光部、その検出用
光の該レンズ素子による反射光を受光する受光部、及び
その受光部から出力される受光信号を処理する検出信号
処理部によって構成される角度検出手段と、該レンズ素子の角度を調整する微動角度ステージ、及び
その微動角度ステージの駆動を制御する駆動制御部によ
って構成される角度調整手段とを備えたことを特徴とす
る光学部品自動組立装置。
【請求項２】レンズ素子を発光素子に対して所望位置
及び所望角度に調整して、光学部品を組み立てる光学部
品自動組立装置であって、前記発光素子から出射されて前記レンズ素子を透過した
光ビームを受光して光パターンを検出するパターン検出
手段と、前記レンズ素子に検出用光を照射する投光部、その検出
用光の該レンズ素子による反射光を受光する受光部、及
びその受光部から出力される受光信号を処理する検出信
号処理部によって構成される角度検出手段と、前記発光素子の位置を調整する発光素子側微動テーブ
ル、該レンズ素子の位置を調整するレンズ側微動テーブ
ル、該レンズ素子の角度を調整する微動角度ステージ、
及びこれらの駆動を制御する駆動制御部によって構成さ
れる光学部品配置調整手段とを備えたことを特徴とする
光学部品自動組立装置。
【請求項３】角度検出手段の受光部が位置検出受光素
子を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光
学部品自動組立装置。
【請求項４】角度検出手段の受光部が多分割受光素子
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学
部品自動組立装置。